用于半球形和球形成像的寬視場(chǎng)陣列相機(jī)制造技術(shù)

各方面涉及用于產(chǎn)生超寬視場(chǎng)圖像的方法和系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，用于俘獲寬視場(chǎng)圖像的圖像俘獲系統(tǒng)包括光圈；經(jīng)定位以經(jīng)由所述光圈接收光的中心相機(jī)，所述中心相機(jī)具有光軸；多個(gè)外圍相機(jī)，其安置在所述中心相機(jī)旁側(cè)且指向所述中心相機(jī)的所述光軸的一部分，所述多個(gè)相機(jī)環(huán)繞所述中心相機(jī)布置；以及多個(gè)可延伸反射器。所述反射器經(jīng)配置以從第一位置移動(dòng)到第二位置且具有背向所述中心相機(jī)的所述光軸的鏡面化第一表面和面向所述中心相機(jī)的所述光軸的第二黑色表面，所述多個(gè)外圍相機(jī)環(huán)繞所述中心相機(jī)布置。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及包含多相機(jī)陣列的成像系統(tǒng)和方法。具體來(lái)說(shuō)，本專利技術(shù)涉及實(shí)現(xiàn)低剖面成像系統(tǒng)和移動(dòng)裝置同時(shí)俘獲寬視場(chǎng)圖像的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
許多移動(dòng)裝置(例如，移動(dòng)電話和平板計(jì)算機(jī)計(jì)算裝置)包含可由用戶操作以俘獲靜態(tài)和/或視頻圖像的相機(jī)。因?yàn)橐苿?dòng)裝置通常設(shè)計(jì)為相對(duì)較小，所以可為重要的是將相機(jī)或成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)成盡可能的薄以便維持低剖面移動(dòng)裝置。折疊式光學(xué)圖像傳感器陣列(“陣列相機(jī)”)允許創(chuàng)建低剖面圖像俘獲裝置，而不縮短焦距或減小圖像在傳感器陣列的視場(chǎng)內(nèi)的分辨率。通過(guò)使用主和次表面朝向陣列中的每一傳感器重新引導(dǎo)光，且通過(guò)定位用以將入射光聚焦于主表面與次表面之間的透鏡組合件，傳感器陣列可定位于垂直于透鏡組合件的平坦襯底上。較長(zhǎng)的焦距使得有可能實(shí)施例如光學(xué)變焦等特征，且有可能并入更復(fù)雜的光學(xué)裝置(其需要比通常由傳統(tǒng)移動(dòng)相機(jī)提供的更多的空間)，例如添加更多光學(xué)元件。相機(jī)可需要昂貴且較大的光學(xué)組件以產(chǎn)生寬視場(chǎng)(“FOV”)從而用于俘獲圖像。一些相機(jī)(例如，在移動(dòng)裝置上)可具有對(duì)可用于產(chǎn)生寬或超寬FOV的透鏡的大小和/或重量限制，使得俘獲寬FOV所需的較大光學(xué)組件的使用不可行。因此，能夠使用小成像設(shè)備(例如，如實(shí)施于移動(dòng)裝置中)產(chǎn)生寬、超寬或半球形圖像對(duì)于許多用戶來(lái)說(shuō)可為合意的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本文所描述的折疊光學(xué)傳感器陣列和圖像俘獲技術(shù)允許創(chuàng)建低剖面圖像俘獲裝置，而不縮短焦距或減小圖像在傳感器陣列的視野內(nèi)的分辨率，其中所俘獲圖像具有寬視場(chǎng)且不受視差和傾斜偽影影響。薄外觀尺寸陣列相機(jī)的挑戰(zhàn)為在不增大總體陣列的高度的情況下俘獲具有寬視場(chǎng)的圖像?，F(xiàn)有陣列相機(jī)的另一挑戰(zhàn)為歸因于如由陣列的不同相機(jī)可見(jiàn)的相同對(duì)象的不同視圖之間的視差和傾斜的質(zhì)量降低。視差防止通過(guò)每一相機(jī)所俘獲的圖像完全無(wú)縫拼接成最終圖像而無(wú)偽影。相機(jī)視圖可部分地重疊(例如，大致20％)。取決于深度(例如，從透鏡到對(duì)象的距離)，來(lái)自一個(gè)相機(jī)的圖像可相對(duì)于來(lái)自另一相機(jī)的圖像移位。當(dāng)圖像拼接或融合在一起時(shí)，所得視差和傾斜可導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于重疊視場(chǎng)的圖像區(qū)域中的“雙圖像”鬼影。即使構(gòu)造所述陣列使得傳感器視場(chǎng)中不存在重疊，當(dāng)此類特征越過(guò)傳感器視場(chǎng)之間的邊界時(shí)，視差導(dǎo)致所述圖像中的非連續(xù)特征，例如線和邊緣。在一些實(shí)施例中，通過(guò)如本文中所描述的無(wú)視差和傾斜偽影的寬視場(chǎng)陣列相機(jī)解決尤其上述問(wèn)題。一些實(shí)施例可采用中心相機(jī)以俘獲中心視場(chǎng)。如本文中所使用，“相機(jī)”可指代圖像傳感器(或多區(qū)域傳感器襯底的專用部分)和影響提供到所述圖像傳感器的光的任何對(duì)應(yīng)光學(xué)組件。舉例來(lái)說(shuō)，光學(xué)組件可包含(但不限于)光圈、透鏡、透鏡組合件中的一或多者，所述透鏡組合件可包含多個(gè)透鏡和/或其它光聚焦或準(zhǔn)直組件、鏡面、折射元件和/或反射元件以及任何任選的光學(xué)折疊元件(例如，反射表面或折射棱鏡)。中心相機(jī)可被數(shù)個(gè)額外外圍相機(jī)環(huán)繞。鏡面的中心結(jié)構(gòu)(例如，具有多個(gè)表面或刻面的固定式結(jié)構(gòu)或數(shù)個(gè)可延伸反射器)可經(jīng)定位以允許表示目標(biāo)圖像的中心部分的光穿過(guò)以到達(dá)中心相機(jī)且將表示目標(biāo)圖像的圓周部分(例如，環(huán)繞中心部分的180度全景)的入射光分裂成多個(gè)部分以供陣列中的額外相機(jī)俘獲。額外外圍相機(jī)可包含一或多個(gè)光學(xué)折疊元件以朝向相機(jī)的傳感器或朝向多區(qū)域傳感器襯底的專用部分重新引導(dǎo)從對(duì)應(yīng)反射器所接收到的光。因此，在一些實(shí)施例中，陣列中的每一相機(jī)的傳感器可位于基本上平坦襯底上且可形成為具有多個(gè)圖像感測(cè)區(qū)域的單個(gè)襯底。相較于具有位于不同平面中的傳感器，此類配置可用以減小陣列的高度。此配置還可降低制造和/或定位多個(gè)傳感器的成本。鏡面表面和相機(jī)可根據(jù)預(yù)定空間關(guān)系定位以避免引起所俘獲圖像中的視差和傾斜偽影。表示目標(biāo)圖像場(chǎng)景的經(jīng)分裂光的每一部分可經(jīng)歷任何所需處理(例如，投影轉(zhuǎn)換)，且例如通過(guò)線性摻合或其它圖像拼接技術(shù)組裝到目標(biāo)圖像中。通過(guò)使用中心相機(jī)、反射結(jié)構(gòu)以及外圍相機(jī)，寬視場(chǎng)陣列的一些實(shí)例可實(shí)現(xiàn)半球形視場(chǎng)，其中中心相機(jī)俘獲半球形視場(chǎng)的中心部分且周?chē)南鄼C(jī)協(xié)作俘獲半球形視場(chǎng)的圓周部分，所述圓周部分在與中心部分拼接時(shí)形成完整半球形視場(chǎng)。此半球形相機(jī)可維持相對(duì)薄的外觀尺寸，例如大致9mm的高度(其中相機(jī)陣列的高度大致5mm且反射器的高度大致4mm)，同時(shí)俘獲寬視場(chǎng)而在用于形成完整視場(chǎng)的個(gè)別圖像之間無(wú)視差。一些實(shí)施例可具有相機(jī)陣列中的任一者或兩者的較小高度和反射器的高度。通過(guò)例如以背靠背配置組合兩個(gè)此類相機(jī)，一些實(shí)例可實(shí)現(xiàn)完整球形視場(chǎng)同時(shí)維持相對(duì)薄的外觀尺寸，例如大致18mm的高度。在一些實(shí)施例中，反射器可為可伸縮的以與含有陣列的殼體相抵平放，使得在并不處于使用中時(shí)，半球形相機(jī)具有大致5到6mm的薄外觀尺寸且球形相機(jī)具有大致10到12mm的薄外觀尺寸。通過(guò)對(duì)材料的謹(jǐn)慎的選擇，其它實(shí)施例可甚至更小(例如，具有更低高度和更薄外觀尺寸)。當(dāng)然，對(duì)于實(shí)施方案并不必要的薄外觀尺寸的應(yīng)用，一些實(shí)施例還可較大。用于俘獲寬視場(chǎng)圖像的圖像俘獲系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例包含光圈、經(jīng)定位以經(jīng)由光圈接收光的中心相機(jī)，所述中心相機(jī)具有光軸。在一些實(shí)施例中，中心相機(jī)的光軸經(jīng)過(guò)圖像俘獲系統(tǒng)的入射光瞳的中心且垂直于傳感器平面。在一些實(shí)施例中，光圈為入射光瞳。在一些實(shí)施例中，多個(gè)外圍相機(jī)安置在中心相機(jī)旁側(cè)且指向中心相機(jī)的光軸的一部分。所述多個(gè)外圍相機(jī)可環(huán)繞中心相機(jī)布置。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，六(6)個(gè)外圍相機(jī)(或更多或更少，視特定設(shè)計(jì)和傳感器區(qū)域需要)可環(huán)繞呈基本上圓形配置的中心相機(jī)相等地間隔開(kāi)且與呈基本上圓形配置的中心相機(jī)等距。外圍相機(jī)的間距和距離可取決于陣列的特定設(shè)計(jì)要求而改變。在一些實(shí)施例中，多個(gè)可延伸反射器可經(jīng)配置以從第一(或縮回)位置(基本上平行于光圈所安置的平面(例如，含有中心相機(jī)和外圍相機(jī)的相機(jī)殼體的上部表面))移動(dòng)到第二(或經(jīng)延伸)位置(更接近于中心相機(jī)的光軸)。反射器可包含背向中心相機(jī)的光軸的鏡面化(或另外通常光反射)第一表面和面向中心相機(jī)的光軸的黑色(或另外通常光吸收)第二表面。所述多個(gè)外圍相機(jī)和所述多個(gè)鏡面可相對(duì)于彼此布置使得在所述多個(gè)可延伸反射器處于第二位置中時(shí)從鏡面化第一表面反射的光的至少一部分進(jìn)入多個(gè)外圍相機(jī)中的一者。在寬視場(chǎng)陣列相機(jī)的一個(gè)特定實(shí)施方案中，例如當(dāng)相機(jī)用于具有所需薄外觀尺寸的移動(dòng)裝置(例如，蜂窩電話、平板計(jì)算機(jī)計(jì)算裝置或其它便攜式計(jì)算裝置)中時(shí)，環(huán)繞中心相機(jī)的鏡面可縮回，因此中心相機(jī)為唯一在使用中的相機(jī)。在此位置中，中心相機(jī)相較于在鏡面經(jīng)延伸時(shí)可具有較寬視場(chǎng)。當(dāng)鏡面經(jīng)延伸到其第二位置時(shí)，例如在如圖5A中所展示的高度“G”處，中心相機(jī)相較于在鏡面經(jīng)縮回時(shí)可具有較窄視場(chǎng)，但在此配置中，周?chē)耐鈬鄼C(jī)可接收光以延伸陣列相機(jī)的總體視場(chǎng)(相較于在反射器縮回的情況下中心相機(jī)的視場(chǎng))，例如從而實(shí)現(xiàn)完整半球形視場(chǎng)。經(jīng)延伸鏡面的高度G(圖5A)(經(jīng)測(cè)量平行于中心相機(jī)的入射光瞳與周?chē)R面的高度G之間的中心相機(jī)光軸)可為由相機(jī)設(shè)計(jì)器提供的給定值或可為由優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)地產(chǎn)生的高度?？稍O(shè)置此類軟件以優(yōu)化所需結(jié)果的集合，例如發(fā)現(xiàn)必要的最短高度，其中考慮例如制造容限的因素或物理機(jī)械設(shè)計(jì)約束。鏡面的傾角(即，鏡面561與平行于中心相機(jī)光軸的平面之間形成的角度)通過(guò)圖5A中的“β”說(shuō)明，其可為給定值，例如如通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件確定。β的角度可為0到+/-360°。在一些本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于俘獲寬視場(chǎng)圖像的圖像俘獲系統(tǒng)，其包括：第一成像系統(tǒng)，其包括：第一光圈；第一中心相機(jī)，其經(jīng)定位以經(jīng)由所述第一光圈接收光，所述第一中心相機(jī)具有延伸穿過(guò)所述光圈的光軸；第一多個(gè)外圍相機(jī)，其環(huán)繞所述第一中心相機(jī)布置且指向所述第一中心相機(jī)的所述光軸的一部分；以及第一多個(gè)可延伸反射器，其經(jīng)配置以從第一位置移動(dòng)到第二位置，所述第一成像系統(tǒng)在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第一位置中的情況下具有第一FOV且在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中的情況下具有第二FOV，所述第二FOV大于所述第一FOV，所述第二位置更接近于所述第一中心相機(jī)的所述光軸，所述第一多個(gè)外圍相機(jī)和所述第一多個(gè)可延伸反射器相對(duì)于彼此布置，使得在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中時(shí)，從所述第一多個(gè)可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分進(jìn)入所述第一多個(gè)外圍相機(jī)中的對(duì)應(yīng)一者。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2014.06.20 US 62/015,329;2015.06.15 US 14/739,3111.一種用于俘獲寬視場(chǎng)圖像的圖像俘獲系統(tǒng)，其包括：第一成像系統(tǒng)，其包括：第一光圈；第一中心相機(jī)，其經(jīng)定位以經(jīng)由所述第一光圈接收光，所述第一中心相機(jī)具有延伸穿過(guò)所述光圈的光軸；第一多個(gè)外圍相機(jī)，其環(huán)繞所述第一中心相機(jī)布置且指向所述第一中心相機(jī)的所述光軸的一部分；以及第一多個(gè)可延伸反射器，其經(jīng)配置以從第一位置移動(dòng)到第二位置，所述第一成像系統(tǒng)在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第一位置中的情況下具有第一FOV且在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中的情況下具有第二FOV，所述第二FOV大于所述第一FOV，所述第二位置更接近于所述第一中心相機(jī)的所述光軸，所述第一多個(gè)外圍相機(jī)和所述第一多個(gè)可延伸反射器相對(duì)于彼此布置，使得在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中時(shí)，從所述第一多個(gè)可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分進(jìn)入所述第一多個(gè)外圍相機(jī)中的對(duì)應(yīng)一者。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括處理器，所述處理器經(jīng)配置以使用由所述第一中心相機(jī)產(chǎn)生的圖像和在所述第一多個(gè)可延伸反射器位于所述第二位置中時(shí)所俘獲的來(lái)自所述第一多個(gè)外圍相機(jī)中的每一者的圖像形成半球形圖像。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)可延伸反射器各自包括背向所述第一中心相機(jī)的所述光軸的鏡面化第一表面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)可延伸反射器各自包括面向所述第一中心相機(jī)的所述光軸的第二黑色表面。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)可延伸反射器中的所述一者的所述鏡面化第一表面在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中時(shí)反射朝向所述第一多個(gè)外圍相機(jī)中的所述對(duì)應(yīng)一者反射的所述光的所述至少一部分。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)可延伸反射器中的每一者的所述鏡面化第一表面為凹面或凸面表面中的一者。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)可延伸反射器中的所述一者包括對(duì)應(yīng)于所述第一多個(gè)外圍相機(jī)中的所述對(duì)應(yīng)一者的FOV的基本上橢圓形形狀。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)外圍相機(jī)和所述第一中心相機(jī)中的每一者包括透鏡組合件和圖像傳感器。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個(gè)外圍相機(jī)和所述第一中心相機(jī)中的每一者的所述圖像傳感器安置于共同襯底上，所述共同襯底形成基本上與所述中心相機(jī)的所述光軸正交的平面。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中在所述第一位置中，所述第一多個(gè)可延伸反射器呈縮回配置，使得所述第一多個(gè)反射器中的每一者的反射表面基本上平行于所述襯底而定位。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中在所述第二位置中，所述第一多個(gè)可延伸反射器呈經(jīng)延伸配置，使得所述第一多個(gè)反射器中的每一者的反射表面與平行于所述襯底成角度地定位，所述角度具有對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生所述第二FOV的180度的值的預(yù)定值。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中在所述第一多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中時(shí)，在平行于所述襯底的方向上接近所述第一中心相機(jī)的所述光軸的光線的至少一部分反射離開(kāi)所述第一多個(gè)經(jīng)延伸反射器朝向所述第一多個(gè)外圍相機(jī)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括：第二成像系統(tǒng)，其包括：第二光圈；第二中心相機(jī)，其經(jīng)定位以經(jīng)由所述第二光圈接收光，所述第二中心相機(jī)具有延伸穿過(guò)所述第二光圈的光軸；第二多個(gè)外圍相機(jī)，其環(huán)繞所述第二中心相機(jī)布置且指向所述第二中心相機(jī)的所述光軸的一部分；以及第二多個(gè)可延伸反射器，其經(jīng)配置以從第三位置移動(dòng)到第四位置，所述第二成像系統(tǒng)在所述第二多個(gè)可延伸反射器處于所述第三位置中的情況下具有所述第一FOV且在所述第二多個(gè)可延伸反射器處于所述第二位置中的情況下具有所述第二FOV，所述第四位置相較于所述第三位置更接近于所述第二中心相機(jī)的所述光軸，所述第二多個(gè)外圍相機(jī)和所述第二多個(gè)可延伸反射器相對(duì)于彼此布置，使得在所述第二多個(gè)可延伸反射器處于所述第四位置中時(shí)，從所述第二多個(gè)額外可延伸反射器中的一者反射的光的至少一部分進(jìn)入所述第二多個(gè)外圍相機(jī)中的對(duì)應(yīng)一者。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二成像系統(tǒng)中的每一者的所述第二FOV為半球形形狀且相較于所述第一和第二成像系統(tǒng)中的另一者的所述半球形形狀的FOV觀察基本上不同的圖像場(chǎng)景。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二成像系統(tǒng)呈背靠背布置安置，使得包括所述第一和第二成像系統(tǒng)中的每一者的所述第二FOV的組合的總FOV為球形形狀。16.一種用于使用單個(gè)陣列相機(jī)俘獲寬視場(chǎng)圖像的方法，其包括：控制環(huán)繞中心相機(jī)定位的多個(gè)可延伸反射器的定位，多個(gè)外圍相機(jī)也環(huán)繞所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T·W·奧斯本，T·G·格奧爾基耶夫，S·R·戈馬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：高通股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US